絕緣油中溶解氣體變壓器油色譜儀分析誤差來(lái)源
2020-12-16 11:06:24來(lái)源：admin
變壓器油色譜儀檢測(cè)絕緣油中的溶解氣體，是診斷充油設(shè)備內(nèi)部故障最為有效的方法，可以有效保障大型充油變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。絕緣油中溶解氣體變壓器油色譜儀具有系統(tǒng)性，分析過(guò)程涉及環(huán)節(jié)較多，取油樣、脫氣、儀器標(biāo)定、樣品氣定性分析、樣品氣定量分析等都會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響，因此分析結(jié)果往往存在一定的誤差。
1、取樣誤差
造成取樣誤差的主要因素為：取樣環(huán)境、取樣部位、注射器密封性、取樣閥、取樣連接系統(tǒng)密封性等。取油樣要在全密封狀態(tài)下進(jìn)行，使用 100 mL 全玻璃注射器，通過(guò)正壓取樣，完成50 ～ 90 mL 取樣量。注射器取樣時(shí)，應(yīng)使用三通把注射器和取樣連接系統(tǒng)內(nèi)的氣泡趕出，用充滿油的膠帽密封。注射器要放置在專用取樣箱內(nèi)，避光保存。取樣前要把死油放掉， 油樣放置時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)橛蜆臃胖脮r(shí)間愈長(zhǎng)，油中氣體愈容易逸散，分析誤差愈大。
2、 脫氣誤差
從絕緣油中脫出溶解氣體是色譜分析試驗(yàn)的主要環(huán)節(jié)，其中脫氣裝置、操作方法、用油量、測(cè)量精度、密封性等均是造成分析結(jié)果誤差的來(lái)源。為保證脫氣結(jié)果的重復(fù)性，脫氣裝置要保證符合《絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測(cè)定法》（GB/T 17623—2017）（以下簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)）的要求。油樣體積和脫出氣體體積讀數(shù)要精確。油樣體積按國(guó)標(biāo)要求為40mL，氣體自油中脫出后，應(yīng)盡快轉(zhuǎn)移到注射器中，以免氣體回溶到油中。脫出氣樣應(yīng)盡快分析，避免長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存造成氣體逸散，影響分析結(jié)果。采用振蕩脫氣方式時(shí)，如果室溫較低，油樣應(yīng)先預(yù)熱，因?yàn)檎袷幤胶鉅顟B(tài)應(yīng)在 50 ℃下進(jìn)行，振蕩后脫氣量對(duì)結(jié)果有影響， 應(yīng)準(zhǔn)確讀數(shù)。振蕩后立刻將油樣中的氣體取出，若需要暫時(shí)保存，應(yīng)保證振蕩儀內(nèi)的溫度在 50 ℃。另外，使用的注射器（規(guī)格100、10、5mL 等）、針頭、小膠帽等也需要有良好的密封性。
傳統(tǒng)的機(jī)械振蕩法脫氣效率高，重復(fù)性及再現(xiàn)性能滿足要求。但是，操作步驟煩瑣、工作強(qiáng)度大、對(duì)操作人員要求高等均是分析結(jié)果誤差的主要來(lái)源，增大了測(cè)量結(jié)果的不確定度，國(guó)標(biāo)對(duì)氣相色譜法測(cè)定絕緣油中溶解氣體分析的測(cè)量不確定度有明確的要求。脫氣、樣品氣轉(zhuǎn)移等步驟極易被人為干擾，如果可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)注油脫氣，即可避免人為操作引入的分析誤差，大大提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
3、儀器標(biāo)定誤差
變壓器油中溶解氣體色譜分析主要采用外標(biāo)法， 影響標(biāo)定準(zhǔn)確性的因素為進(jìn)樣重復(fù)性和儀器的穩(wěn)定性。進(jìn)樣是整個(gè)分析過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)操作人員的水平要求較高，一定要嚴(yán)格按照“三快”“三防”的操作規(guī)范，即進(jìn)針要快、準(zhǔn)，推針要快，取針要快， 防漏出氣樣、防樣氣失真、防操作條件變化，保證進(jìn)樣針的密封性。由于色譜儀數(shù)據(jù)處理工作站多采用計(jì)算峰面積，所以峰面積的計(jì)算誤差可忽略。
目前，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室色譜多采用手動(dòng)進(jìn)樣的方式， 極易因操作人員水平及個(gè)體之間的手法差異造成分析結(jié)構(gòu)重復(fù)性及準(zhǔn)確性下降。采用自動(dòng)進(jìn)樣，可以有效避免因人員操作不規(guī)范引入的分析誤差，顯著提高進(jìn)樣重復(fù)性，從而降低進(jìn)樣重復(fù)性引入的不確定度。
4、定性及定量誤差
定性和定量計(jì)算直接影響分析結(jié)果，樣品組分的定性以已知標(biāo)準(zhǔn)氣體各組分的保留時(shí)間為依據(jù)，即樣品出峰時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)氣體各組分出峰時(shí)間一致，可認(rèn)為是同一種組分。其誤差產(chǎn)生原因主要為：認(rèn)峰錯(cuò)誤、操作條件變化、色譜柱分離度下降等。
定量計(jì)算一般是以峰高或峰面積為基準(zhǔn)。但是， 色譜峰受到干擾、基線漂移等都會(huì)造成工作站峰處理不準(zhǔn)確或峰形不規(guī)則，導(dǎo)致分析結(jié)果誤差。具體影響因素為：進(jìn)樣針密封性差、溫度和氣路流量發(fā)生變化、進(jìn)樣口污染、柱污染等。
不確定度來(lái)源及評(píng)定分析
1、測(cè)量不確定度來(lái)源
定期使用氣相色譜法進(jìn)行油中溶解氣體各組分含量的檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備內(nèi)部存在的潛伏性故障。國(guó)標(biāo)給出了絕緣油中溶解氣體分析的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試流程及計(jì)算公式。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)氣相色譜法測(cè)定絕緣油中溶解氣體各組分含量的測(cè)量不確定度進(jìn)行分析。可知，試驗(yàn)大氣壓力、標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度、標(biāo)準(zhǔn)氣體峰面積測(cè)量、樣品溶解氣體峰面積測(cè)量、脫出氣體的體積、脫氣用油樣的體積、分配系數(shù)等是造成樣品分析結(jié)果不確定度的來(lái)源。
2、測(cè)量不確定度各分量評(píng)定
2.1標(biāo)氣濃度、峰面積及大氣壓力引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度
大氣壓力相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 Urel(P) 和標(biāo)氣濃度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 Urel(Cis) 均可視為正態(tài)分布，用 B 類評(píng)定方法評(píng)定。由于氣相色譜儀色譜數(shù)據(jù)處理工作站采用計(jì)算峰面積來(lái)計(jì)算各組分濃度，所以可忽略峰面積的計(jì)算誤差。標(biāo)樣峰面積測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 Urel(Ais) 和樣品峰面積測(cè)量引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 Urel(Ai) 均取決于進(jìn)樣重復(fù)性引入的不確定度，可按均勻分布考慮。
2.2樣品振蕩脫氣引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度 Urel(Ri) 樣品振蕩脫氣不確定度 Urel(Ri) 主要來(lái)源于取樣體積、脫出氣體的體積和被測(cè)各組分的分配系數(shù)。脫出氣體體積的測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U(Vg) 由 5 mL 全玻璃注射器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U(Vg1) 和測(cè)量讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U(Vg2) 兩部分組成，脫出氣體體積溫度校正時(shí)由室溫引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U(t) 用B 類評(píng)定方法評(píng)定。其經(jīng)體積校正為 U(Vg')。
取樣體積引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U(V1) 由 100 mL 全玻璃注射器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U(V11) 和測(cè)量讀數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U(V12) 組成，油樣體積溫度校正時(shí)的室溫引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 U(t) 用B 類評(píng)定方法評(píng)定。其經(jīng)體積校正為 U(Vl' )。分配系數(shù) Ki 值主要與絕緣油化學(xué)組成和振蕩儀恒溫室溫度有關(guān)。國(guó)標(biāo)要求恒溫振蕩儀控溫精度在（50±0.3）℃范圍內(nèi)。在符合控溫精度的范圍內(nèi)，樣品振蕩脫氣時(shí)視 Ki 值為標(biāo)準(zhǔn)值，其引入的不確定度可忽略，即 U(Ki)=0。因此，油樣振蕩平衡脫氣引入的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有關(guān)計(jì)算公式為：
2.3 測(cè)量結(jié)果的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度
讀數(shù)不準(zhǔn)確、進(jìn)樣及取氣手法不對(duì)等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室絕緣油色譜分析中常見的人為操作會(huì)造成取油體積、脫氣體積讀取誤差大，標(biāo)樣和樣品峰面積重復(fù)性差等問(wèn)題，從而增大測(cè)量結(jié)果的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。本文介紹的絕緣油色譜自動(dòng)分析裝置利用自動(dòng)脫氣、自動(dòng)閥進(jìn)樣、虛擬儀器設(shè)計(jì)等技術(shù)，可以在分析流程不變的情況下避免分析過(guò)程中的人工操作，實(shí)現(xiàn)從進(jìn)油樣到結(jié)果分析整個(gè)流程的自動(dòng)化。這樣可以有效避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室色譜分析中人為干預(yù)引入的系統(tǒng)分析誤差，降低絕緣油色譜的分析不確定度。
3、設(shè)備結(jié)構(gòu)
當(dāng)前，電力行業(yè)的絕緣油分析通常使用常規(guī)的氣相色譜儀、機(jī)械振蕩脫氣裝置，其間需要人工操作設(shè)備。用戶需要分別單獨(dú)操作一整套設(shè)備，步驟煩瑣， 效率低，而且樣品前處理及轉(zhuǎn)移過(guò)程中不可避免地出現(xiàn)人為操作不規(guī)范、針管一致性差、操作習(xí)慣差異導(dǎo)致分析結(jié)果誤差較大等問(wèn)題。為解決目前存在的這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)絕緣油色譜分析的自動(dòng)化，提升絕緣油色譜分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本文提出了一整套分析重現(xiàn)性更好、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度更高的全自動(dòng)化分析設(shè)備來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工操作。這樣可以提高絕緣油色譜分析的整體水平，保障分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及可靠性
現(xiàn)行的色譜分析檢測(cè)手段仍存在試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，人工操作引入誤差大等問(wèn)題。因此，對(duì)常規(guī)油中溶解氣體試驗(yàn)方法進(jìn)行誤差分析，采取相應(yīng)措施保障油浸式變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，將給電力企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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